浅析压力容器异种钢焊接常见缺陷及预防张昕

浅析压力容器异种钢焊接常见缺陷及预防张昕

张昕

大庆油田工程建设公司建材公司石油石化设备厂黑龙江大庆163000

摘要：异种钢焊接因为其自身的特殊性给压力容器的焊接造成了很多困难，出现焊接缺陷，给压力容器的本质安全埋下隐患，从研究其缺陷产生原因，合理选择焊接材料、设计合理的焊接结构、制定合理的焊接工艺等方面进行控制异种钢焊接缺陷的产生，可以从根本上确保压力容器的质量。

关键词：压力容器；异种钢焊接；缺陷

一、压力容器焊接

所谓的压力容器就是指能够承载着高压、高温、低温、易燃、易爆、剧毒或腐蚀介质的密闭容器，通常盛装气体或液体类物质。压力容器可分为贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器等。由于压力容器具有特殊的功能，因此决定了其存在很大的危险性，一旦发生问题就可能面临爆炸、泄漏、火灾等一系列灾难性事故，不但会造成严重的环境污染，更可能造成人员的伤亡，这就使得压力容器的焊接质量在其制造中占据极其重要的地位，焊接质量的好坏是压力容器在生产使用过程中的一个重要保障，不容忽视。

二、异种钢焊接工艺

由于异种金属焊接中母材的成分、金相组织和物理化学性质的不同，因此异种金属焊接在焊接中更容易产生缺陷，使得异种金属焊接的工艺设计对同种钢焊接而言更为复杂。

异种钢焊接特点：（1）化学不均匀性。由于异种钢焊合两端的母材与焊缝的合金化合物成分存在显著的差异，焊缝结构是与焊缝两端母材组织成分及化学、物理、机械性能等均有差异的不均匀体。母体在焊缝中所占的百分比被学界称为熔合比。在焊条或焊丝的选择中，需要考虑到金属焊接部位的金属性能，同时还要对焊缝的熔合比进行极限值预算。（2）性能的不均匀性。由于焊接接头部分的化学成分以及金相组织存在差异，导致焊接接头性能出现不同，导致焊接接头各部位的强度、硬度及塑性等受到了直接影响。使得在小晶粒范围内，显微硬度呈现显著变化，焊缝两侧热影响区的冲击值呈现较大差异。（3）应力分布的不均匀性。异种钢焊接接头中的残余应力呈不均匀性分布,这是由于接头两端材料存在不同的塑性。此外,两段材料的导热性存在差异,容易导致焊接热循环时的温度场出现变化。异种钢焊接接头各部位膨胀系数存在差异,当接头无特殊情况出现时,温度循环会由于焊缝表面附加热应力分布不均匀,形成应力峰值,进而成为焊接接头断裂的主要原因。

三、异种钢焊接常见缺陷及原因分析

1、外观缺陷

用肉眼或简单的方法便可以从外部检查出来的缺陷，如：焊缝尺寸不符合要求、咬边、弧坑、焊穿、焊瘤、严重飞溅、电弧擦伤、塌腰、表面裂纹、表面气孔电弧擦伤等。

2、内部缺陷

只能通过无损探伤或破坏性检查的方法来发现，如：内部裂纹，内部气孔，夹渣，未焊透，未熔合，偏析，白点，以及接头的组织和性能不符合要求等。在实际焊接过程中人们往往重视工艺性缺陷（裂纹、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透），而忽视焊件尺寸不符合要求、焊接接头的使用性能和焊接接头的化学成分不符合要求的缺陷，从而给压力容器设备留下无法弥补的隐患。

四、压力容器异种钢焊接缺陷预防控制措施

1、焊接材料的选择

在异种金属焊接中可以通过借助舍夫勒（Schaeffler）状态中的化学成分、焊接材料的化学成分和熔合比（母材金属在焊缝金属中算占的比值）之间的关系来估算和预设焊缝金属的化学成分和组织，以提高实验的效率和成功率，同时也可为后续分析提供依据，同样也可以通过焊接材料、母材和实验假设的或要求的焊缝组织（根据性能要求和相关信息可以预估和假设其对应性能较好的组织状态）来预算熔合比的范围，通过预算的熔合比范围是否可行，以初步判断所选焊材的可行性，同时为工艺参数、焊接方法、坡口形式等提供选择和设计依据。由此可见，异种金属焊接中焊接材料的选择在很大程度上决定着焊接接头的质量和性能的好坏，其重要性可谓不言而喻。当然焊材的选择也因实际情况而异。韩炜在研究低碳钢与不锈钢焊接性中指出，焊材的选择应综合考虑以下方面要求：（1）在焊接接头满足工艺要求的情况下，在强硬与塑性中优先考虑塑性好的焊材；（2）焊材的选择应该使焊缝的性能至少不低于一种母材的性能；（3）焊材的选用应该满足异种金属的焊接性；（4）尽量选择便宜、易得的焊材，以降低生产成本提高其经济效益。

2、设计合理的坡口形式

异种钢焊接时制备的坡口应有利于减少过渡焊缝金属的稀释率，焊接形式尽量采用对接焊缝，全焊透，不留尖角、缝隙。两种不同钢组织的异种钢焊接时，希望焊缝金属中有比较多的焊材熔入量，这样焊缝的性能主要取决于焊材，容易得到良好的焊接接头。即异种钢焊接要求较小的熔合比。增大坡口可以增加焊丝熔入焊缝的量，有利于减小熔合比。对于两种钢组织较接近的异种钢焊接时，则不宜采用大坡口和小熔合比。

3、工艺参数的选择

焊接的工艺参数包括很多方面，其中大多数都为物理量，如电源、电流、电压、极性的选择、焊接速度、保护气体和焊条直径等。这些参数分别对焊接的一些方面有着影响，同时相互之间也有一定的影响。如使用低氢焊条的时候，必须使用直流反接的焊接方法，不然焊接时电弧燃烧会不稳定。通过分析一些常用的工艺参数变化对焊接的影响，发现焊接电流增大，会使输入热增大，从而使焊接熔池变大，增大热影响区的范围；电压增大，会使电弧变长，电弧变长，焊接中易发生飞溅；焊接速度对焊接效率有影响，同时也影响着熔池的大小。这些影响在焊接过程中都是应该考虑的问题。即对于异种金属焊接中工艺参数的选择，主要综合考虑母材的焊接性能。

结束语

异种钢由于所含金属化学成分、组织结构、机械性能以及物理特性等方面的不同，因此其焊接技术比同种钢焊接技术要更为复杂，异种钢焊接质量对焊接的稳定性具有直接影响。为此，本文主要分析了压力容器异种钢焊接常见的缺陷及预防控制措施，仅供参考。

参考文献

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